3. Расчет изменения стандартной энтропии реакции горения в зависимости от температуры

Стандартная энтропия реакции при значениях температуры, отличающихся от стандартной (Т  298 K), вычисляется с учетом зависимостей теплоемкостей исходных веществ и продуктов реакции, т.е.

(1.13)

3. Расчет изменения стандартной энергии Гиббса реакции горения в зависимости от температуры

Располагая значениями _rН и _rS при заданной температуре, можно рассчитать изменение стандартной энергии Гиббса в ходе химической реакции при этой температуре по уравнению

_rG⁰ = _rН⁰  Т^._rS⁰. (1.14)

Если знак стандартной энергии Гиббса во всем исследованном диапазоне температур отрицателен, то это свидетельствует о том, что данная реакция может протекать самопроизвольно в прямом направлении (слева направо).

Примеры решения задач

П р и м е р 1. Рассчитать изменение стандартной энтальпии, энтропии и энергии Гиббса реакции окисления метилового спирта, протекающей при 298 K, согласно стехиометрическому уравнению:

СН₃ОН_(г) + 1,5 O₂ = СО₂ + 2Н₂О_(г).

Р е ш е н и е:

Рассмотрим газовую реакцию, протекающую при 298 K между метиловым спиртом и кислородом, согласно стехиометрическому уравнению:

СН₃ОН_(г) + 1,5 O₂ = СО₂ + 2Н₂О_(г).

Отметим, что в уравнении реакции указаны агрегатные состояния (нижний индекс “г”  газ) тех участников реакции (СН₃ОН, Н₂О), которые могут иметь и другие агрегатные состояния. Очевидно, что для таких участников реакции, как кислород (О₂), углекислый газ (СО₂), нет необходимости указывать агрегатное состояние, понятно, что это газ.

Из приложении П. 3 или иного справочного пособия выписываем необходимые данные о термодинамических свойствах (стандартные энтальпию образования, энтропию образования и энергию Гиббса образования) всех компонентов исследуемой реакции. Стехиометрические коэффициенты _i в уравнении для продуктов реакции берутся со знаком ”плюс”, а для исходных веществ  со знаком ”минус”, т.е. = 1; = 2; = 1; = 1,5. Эту информацию заносим в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Стандартные энтальпия, энтропия, энергия Гиббса веществ,

участвующих в химической реакции СН₃ОН_(г) + 1,5 O₂ = СО₂ + 2Н₂О_(г)

Вещество	i	Стандартная мольная энтальпия образования вещества, fН , кДж/моль	Стандартная мольная энтропия образования вещества, S , Дж/(моль·K)	Стандартная мо-льная энергия Гиббса образования вещества, fG ,кДж/моль
СН3ОН	1	201,1	239,76	162,58
О2	1,5	0,00	205,04	0,00
СО2	1	393,51	213,66	394,37
Н2О	2	241,81	188,72	228,61

Поскольку энтальпия, энтропия и энергия Гиббса являются функциями состояния системы, то их стандартные изменения в результате осуществления химического превращения (стандартная энтальпия, энтропия и энергия Гиббса реакции) вычисляются как алгебраическая сумма энтальпии, энтропии и энергии Гиббса компонентов-участников реакции с учетом их стехиометрических коэффициентов:

_rН = = (1)·(201,1) + (1,5)·(0) + 1·(393,51) + + 2·(241,81) = = 676 030 Дж/моль = 676,03 кДж;

_rS = = (1)·(239,76) + (1,5)·(205,04) + 1·(213,66) + + 2·(188,72) = 43,78 Дж/K;

_rG = = (1)·(162,58) + (1,5)·(0) + 1·(394,37) + +2·(228,61) = = 689 010 Дж/моль = 689,01 кДж.

О т в е т: изменение стандартной энтальпии, энтропии и энергии Гиббса реакции окисления метилового спирта при 298 K соответственно составили: 676,03 кДж; 43,78 Дж/K); 689,01 кДж. Полученные значения термодинамических характеристик (_rS > 0; _rG < 0) свидетельствуют о том, что реакция протекает в прямом направлении и с выделением тепла (_rН < 0).

П р и м е р 2. Рассчитать стандартную мольную изобарную теплоёмкость реакции горения метилового спирта в кислороде при температуре 1000 K.

Р е ш е н и е:

Для решения задачи воспользуемся справочными данными и составим таблицу, включающую значения а_i, b_i, c_i, и c_i^ для исходных веществ и продуктов изучаемой реакции, необходимые для расчетов значений a_i, b_i, c_i, c (табл. 1.2).

Таблица 1.2